Lompatan Besar Cina Maju Dalam Ilmu Pengetahuan

Berkacalah:
Investasi Cina terbayar dengan kemajuan serius dalam bidang bioteknologi, komputer dan ruang. Apakah mereka merayap ke depan orang-orang barat?

Saya pertama kali bertemu Xiaogang Peng pada musim panas 1992 di Universitas Jilin di Changchun, di daerah terpencil di timur laut Cina, di mana dia adalah seorang mahasiswa pascasarjana di jurusan kimia. Dia mengatakan kepada saya bahwa mimpinya adalah mendapatkan sebuah tempat di laboratorium atas AS. Kini, Xiaogang sejauh yang saya lihat jelas pintar dan pekerja keras begitulah kebanyakan mahasiswa sains Cina. Aku berharap dia baik-baik saja, tapi tidak bisa menahan diri untuk berpikir bahwa dia akan menantang dirinya sendiri.

Maju cepat 4 tahun ke depan, ketika menjadi editor di Nature saya menerbitkan makalah tentang nanoteknologi dari ahli kimia terkemuka di dunia di University of California di Berkeley. Diantaranya adalah Xiaogang. Makalah tahun 1996 itu sekarang muncul dalam ringkasan 10 volume dari makalah Nature terbaik sepanjang masa yang diterbitkan dalam terjemahan di Cina.

Saya melihat Xiaogang terus menempa karir yang solid di AS, seperti pada tahun 2005 dia menjadi profesor bertenaga di Universitas Arkansas. Tapi ketika saya baru saja memiliki alasan untuk menghubungi Xiaogang lagi, saya menemukan bahwa dia telah pindah kembali ke Cina dan sekarang berada di Universitas Zhejiang di Hangzhou, salah satu institusi akademis terkemuka di negara itu.

Nampaknya AS bagi Xiaogang bukan lagi satu-satunya lahan peluang. Akhir-akhir ini, ilmuwan Cina setidaknya sama-sama memiliki kesempatan untuk membuat dampak global terhadap sains dari dalam Cina sendiri.

Kenaikan ekonomi Cina telah disertai dengan waxing kehebatan ilmiahnya. Pada bulan Januari, United State Of America National Science Foundation melaporkan bahwa jumlah publikasi ilmiah dari Cina pada tahun 2016 melebihi jumlah orang-orang dari AS untuk pertama kalinya: 426.000 melawan 409.000. Skeptis mungkin mengatakan bahwa ini tentang kualitas, bukan kuantitas. Tapi gagasan lama yang merendahkan bahwa Cina seperti negara Asia lainnya bisa meniru tapi tidak berinovasi pasti salah sekarang. Di beberapa bidang sains, Cina mulai mengatur langkah untuk diikuti orang lain. Dalam tur laboratorium Tionghoa saya pada tahun 1992, hanya yang saya lihat di Universitas Peking unggulan yang terlihat sebanding dengan apa yang mungkin Anda temukan di universitas yang bagus di barat. Saat ini sumber daya yang tersedia bagi ilmuwan top Cina patut ditiru oleh banyak rekan mereka di barat. Padahal sekali ilmuwan Cina terbaik akan mengemasi tas mereka untuk padang rumput hijau di luar negeri,

Banyak yang telah dipancing kembali oleh Thousand Talents Plan, di mana para ilmuwan berusia di bawah 55 tahun (apakah warga Cina atau tidak) diberi posisi penuh waktu di universitas dan institut bergengsi dengan gaji dan sumber daya yang lebih tinggi dari biasanya. "Deng Xiaoping mengirim banyak pelajar dan ilmuwan Cina dari China ke negara maju 30 sampai 40 tahun yang lalu, dan sekarang saatnya mereka kembali," kata George Fu Gao dari Institute of Microbiology of Chinese Academy of Sciences di Beijing yang memiliki gelar PhD di Oxford sebelum belajar di Harvard.

"Paket startup untuk peneliti di universitas yang baik di Cina dapat secara signifikan lebih tinggi daripada yang dapat ditawarkan oleh universitas di Hong Kong," kata Che Ting Chan, seorang fisikawan di Universitas Sains dan Teknologi Hong Kong di wilayah yang sebelumnya merupakan tetangga Cina yang makmur dan kebarat-baratan. "Mereka menyediakan lebih banyak ruang laboratorium dan dapat membantu menyelesaikan pasangan." Itu, dia mencatat dengan sedih, "membuat rekrutmen staf fakultas muda semakin menantang di sini." Negara-negara Asia Timur lainnya yang kaya raya, seperti Singapura dan Korea Selatan, merasakan persaingan.

Pihak berwenang Cina mengejar dominasi ilmiah dengan tekad sistematis. Pengeluaran tahunan untuk penelitian dan pengembangan di Cina meningkat dari tahun 1995 sampai 2013 dengan faktor lebih dari 30, dan mencapai $ 234 miliar pada tahun 2016. Jumlah publikasi internasional yang keluar dari Cina tetap selaras dengan kenaikan ini. "Uang berlimpah bagi peneliti Cina tertentu mungkin lebih daripada pesaing mereka terutama jika itu berarti mendapatkan keuntungan," kata ahli biologi sel induk Robin Lovell-Badge dari Francis Crick Institute di London.

Tujuan utamanya adalah untuk mengembangkan lingkungan penelitian yang inovatif dan homegrown, kata Mu-Ming Poo dari Institute of Neuroscience of the Chinese Academy of Sciences di Shanghai. "Pemerintah mulai menyadari bahwa investasi besar dan perekrutan bakat dari luar negeri tidak mencukupi. Kita perlu membangun infrastruktur dan mekanisme yang memfasilitasi inovasi di Cina. "Itu tidak mudah, dan tidak akan terjadi dengan cepat. "Secara resmi para pemimpin pemerintah mengatakan bahwa mengambil risiko diperbolehkan, namun sistem untuk mengevaluasi ilmuwan dan proyek, dan filosofi dan metode pengajaran dalam kurikulum universitas, tidak sesuai dengan kebijakan ini."

Kekuatan Cina juga turun ke angka belaka."Selalu ada pecahan tertentu dari orang-orang berbakat yang inovatif," kata Chan."Cina memiliki keuntungan memiliki banyak orang."

Salah satu cara yang lebih kontroversial lembaga-lembaga Cina mendorong peneliti mereka untuk menerbitkan makalah profil tinggi adalah menawarkan insentif tunai. Satu studi menemukan bahwa rata-rata sebuah makalah di Nature atau Science bisa memberi penulis bonus hampir $ 44.000 pada tahun 2016. Hadiah tertinggi yang ditawarkan adalah sebanyak $ 165.000 untuk 1 kertas, sampai 20 kali gaji seorang profesor universitas biasa.

Menurut fisikawan kuantum Jian-Wei Pandari Universitas Sains dan Teknologi di Hefei, sebagai orang yang terlambat mengikuti tahap ilmiah global, Cina membutuhkan insentif semacam itu sebagai cara untuk mempertahankan antusiasme. Chan menambahkan bahwa "sistem penghargaan itu transparan, dan harapan dari administrasi senior dengan jelas dijabarkan. Sebagian besar teman saya di Cina tidak menganggap ini sebagai masalah, banyak yang merasa formula apa pun meski sederhana dan naif, lebih baik daripada tanpa formula. "

Tapi mungkinkah tidak menggoda para peneliti untuk menipu, membuat hasil cherrypick sehingga mereka bisa mengklaim penemuan dramatis? Studi 2016 tentang insentif uang tunai juga melaporkan adanya kenaikan plagiarisme, tulisan-tulisan ghostwritten dan upaya tidak jujur ​​lainnya untuk dipublikasikan. Poo mengatakan bahwa apapun masalahnya, praktik insentif tunai tidak meluas. "Hanya beberapa lembaga penelitian tingkat rendah yang melakukan ini, bukan Akademi Ilmu Pengetahuan Cina atau universitas terkemuka," katanya. Dia berpikir bahwa masalah dengan kesalahan dan kecurangan ilmiah di Cina lebih berkaitan dengan kontrol kualitas yang buruk atau kurangnya tindakan hukuman.

Namun, tampaknya pola tersebut jelas, dan patut diindahkan oleh negara lain terlepas dari reputasi Cina dalam peraturan otoriter dan hierarkis, dalam sains pendekatan tersebut tampaknya memastikan bahwa periset atas didukung dengan baik dengan dana dan sumber daya, dan kemudian menyerahkannya kepada langsung saja.

Kloning, embriologi dan virologi

Berita terbaru bahwa sebuah laboratorium di Shanghai telah berhasil dalam mengkloning monyet kera membuat berita utama dunia bukan hanya karena prestasi ilmiah yang mengesankan namun karena implikasinya bagi manusia. Sementara mamalia dari domba (Dolly pada tahun 1997) untuk babi, anjing dan sapi telah dikloning sebelumnya, primata telah menjadi masalah. Mu-Ming Poo dan rekan-rekannya memecahkan masalah ini dengan memperlakukan telur monyet di mana bahan genetik individu kloning ditempatkan dengan segenggam molekul yang membangkitkan gen yang dibutuhkan untuk mendorong perkembangan ke dalam embrio. Tim Cina sejauh ini hanya menghasilkan kera bayi yang sehat dengan mengkloning sel yang diambil dari janin monyet lainnya, bukan dari monyet dewasa. Tapi Poo mengatakan kepada saya: "Saya pikir kloning menggunakan sel dewasa akan segera dilakukan, mungkin dalam waktu 1 tahun."

Eksperimen semacam itu pada saudara evolusioner dekat kita menimbulkan masalah etika, terlebih lagi karena ada banyak kegagalan yang hanya 2 kelahiran hidup dari 79 usaha. Meskipun demikian, pekerjaan membuat kloning reproduksi manusia terlihat lebih layak pada prinsipnya. Dan terlepas dari masalah etis seputar penelitian semacam itu (banyak negara melarangnya termasuk Inggris), besarnya dan biaya pekerjaan yang telah dilakukan memperkuat perasaan bahwa jika Cina mengarahkan perhatiannya pada sasaran ilmiah atau teknologi tertentu, tidak akan ada yang masuk cara.

Ini dengan alasan bagus Poo menegaskan bahwa Cina telah menjadi pemimpin dunia dalam ilmu sel induk dan obat regeneratif. Periset di Universitas Sun Yat-sen di Guangzhou menciptakan kejutan dan alarm yang sama ketika pada tahun 2015 mereka mengumumkan penggunaan gen-editing gen presisi tinggi dalam embrio manusia, bukan untuk pengobatan reproduksi tetapi untuk memeriksa kemungkinan teknik untuk mengedit penyakit, mengakibatkan varian gen, menggunakan embrio IVF yang tidak bisa berkembang lebih jauh. Pekerjaan itu ditolak publikasi di jurnal Natureand Science terkemuka mengenai dasar etika, walaupun pekerjaan terkait sekarang telah dilisensikan dan dilakukan di Inggris. "Genome biologi telah didukung dengan baik di Cina untuk beberapa waktu dengan investasi besar dalam proyek sekuensing genom," kata Lovell-Badge.

Mungkin ada godaan untuk menganggap beberapa dominasi Cina di sini terhadap lingkungan peraturan yang lebih longgar, namun Lovell-Badge mengatakan bahwa hal itu mungkin tidak terjadi. "Bekerja pada babi dan kera jauh lebih mudah dan murah dilakukan di Cina daripada di Eropa dan AS, ini tidak harus dilakukan dengan etika penelitian hewan," katanya. "Ilmuwan terbaik ingin pekerjaan mereka diterima di barat, begitu banyak yang telah dilatih oleh ilmuwan barat dan fasilitas mereka yang dirancang dengan bimbingan dari barat. Tapi salah kalau mengatakan bahwa tidak ada batasan. Mungkin tidak ada peraturan atau peraturan yang ketat, namun ada pedoman ketat dan jika tidak diikuti, konsekuensinya bisa sangat parah bagi ilmuwan yang terlibat. "

Cina juga mengambil langkah besar di bidang ilmu biologis lainnya. Gelombang flu burung mematikan yang telah menimpa negara ini setiap tahunnya sejak pertama kali terdeteksi pada tahun 2013, memasok kebutuhan yang sangat mendesak untuk penelitian virologi. Peneliti Cina telah belajar banyak tentang epidemi virus, kata George Gao, setelah wabah bentuk influenza yang sangat mematikan yang menyebabkan SARS (sindrom pernapasan akut parah) pada tahun 2002-3 yang berasal dari Guangzhou.

Karya Gao berfokus pada memahami bagaimana virus 'zoonosis' seperti flu burung, yang melintas dari hewan ke manusia, ditransmisikan melintasi spesies. Dia juga melihat struktur dan mekanisme molekuler virus SARS, Ebola, Zika dan MERS (sindrom pernapasan timur tengah) yang semuanya berpotensi menimbulkan ancaman global. Pemerintah telah banyak berinvestasi di bidang ini, katanya, namun dia tidak memiliki ilusi bahwa Cina masih memiliki beberapa tantangan untuk dilakukan. "Menurut saya kita belum jauh dari ilmu pengetahuan AS pada umumnya. Dan kita membutuhkan sistem yang lebih baik untuk mendorong bisnis mengembangkan penelitian dasar. "

Internet kuantum

Pada bulan Januari, periset Cina mengumumkan bahwa mereka telah mengirim data dengan aman dienkripsi menggunakan aturan mekanika kuantum melalui satelit ke Wina di Austria, demonstrasi potensi "internet kuantum" yang oleh fisikawan kuantum Belanda Ronald Hanson dari Universitas Teknik Delft menjelaskan bagi saya sebagai "tonggak menuju jaringan kuantum masa depan".

Teknologi informasi kuantum memanfaatkan prinsip-prinsip intuisi numerik fisika kuantum untuk melakukan sesuatu dengan informasi yang tidak mungkin dengan kode biner 1s dan 0s di perangkat saat ini. Komputer kuantum dapat untuk beberapa tugas, beroperasi lebih cepat dan dengan lebih banyak sumber komputasi daripada komputer biasa, sementara jaringan telekomunikasi kuantum, internet kuantum dapat menggunakan metode enkripsi data yang dirusak oleh undang-undang kuantum kuantum fundamental. Prinsip-prinsip yang disebut kriptografi kuantum berhasil di tahun 1980an, namun menerapkannya pada informasi yang dikodekan dalam sinyal cahaya untuk transmisi jarak jauh merupakan tantangan teknis yang sangat besar.

Pendekatan Cina di sini sekali lagi mencontohkan mentalitasnya yang bisa dilakukan. Pemerintah telah mulai memasang jaringan serat optik untuk telekomunikasi kuantum yang membentang dari Shanghai ke Beijing. Tapi untuk transmisi jarak jauh serat optik tidak ada gunanya karena sinyal cahaya akhirnya menjadi terlalu redup saat melewati serat. Sebaliknya, sinyal harus melalui udara menggunakan laser untuk menghubungkan satelit yang mengorbit dengan stasiun bumi. Pada tahun 2016, Cina memprakarsai sebuah proyek internasional yang disebut Quantum Experiments at SpaceScale (Quess) dan meluncurkan satelit yang dirancang untuk penanganan data kuantum yang disebut Micius, nama romanised dari filsuf Cina kuno Mozi.

Pekerjaan satelit dipimpin oleh Jian-Wei Pan yang belajar untuk gelar PhD di Wina di bawah Anton Zeilinger, salah satu ilmuwan terkemuka di bidang ilmu informasi kuantum. Dengan silsilah itu, Pan bisa saja memilih pekerjaan di lapangan, tapi pada tahun 2001 ia memilih untuk kembali ke Cina. Pada tahun 2009, dia mengawasi tugas membangun "hotline komunikasi kuantum" untuk parade militer pada peringatan 60 tahun negara komunis Cina, dan pada tahun 2012 dia memenangkan penghargaan International Quantum Communication bergengsi 2 tahunan.

Keberhasilan Pan dalam mendapatkan teknologi ini dan berjalan terasa hampir tak terhindarkan. Tahun lalu timnya di Hefei menarik lebih banyak berita utama yang menggetarkan hati dengan menunjukkan "teleportasi" pertama objek kuantum (foton atau "partikel" cahaya) dari observatorium berbasis darat di Ngari di Tibet sampai ke Mikius yang berjarak 1.400 km jauhnya. Prestasi ini tidak semudah sains-fiksi seperti yang terdengar teleportasi kuantum, tidak seperti versi Star Trek, tidak melibatkan transmisi materi tapi ini bisa menjadi trik penting untuk telekomunikasi kuantum. Tim tersebut juga melaporkan transmisi "kunci" yang digunakan untuk enkripsi kuantum sinyal antara stasiun darat di Cina dan Micius.

Kemajuan terakhir adalah mendapatkan kunci seperti itu dari Beijing ke Wina. Ini berarti mengirim sinyal laser dengan informasi kuantum dari observatorium Xinglong di dekat Beijing ke Micius saat melewati Cina, dan kemudian Micalin mengkomunikasikan pesan lain semacam itu dengan sebuah stasiun di Graz saat melintasi langit malam di atas Austria. Hubungan antara Xinglong dan Beijing, dan antara Graz dan Wina, dibuat di sepanjang jaringan serat optik lokal. Dengan cara ini, sebuah konferensi video yang diadakan antara Chinese Academy of Sciences di Beijing dan Akademi Ilmu Pengetahuan Austria (di mana Zeilinger adalah presiden) di Wina dilakukan dengan keamanan enkripsi kuantum yang kuat pertanda yang mencolok dari apa yang mungkin dilakukan internet kuantum.

Pan mengatakan bahwa kunci sukses luar biasa Quess sejauh ini adalah koordinasi dan kolaborasi di dalam talenta bakat yang dimiliki Cina. "Ketika peneliti (dalam berbagai disiplin ilmu) melakukan penelitian bersama mereka dapat benar-benar berinovasi," katanya.

Mendapatkan keterampilan di luar negeri masih penting bagi periset Cina, kata Pan dan akan untuk beberapa lama. Tapi semakin banyak itu bekerja sebaliknya. "Di laboratorium saya ada beberapa siswa asing dari negara maju, dan beberapa di antaranya bahkan belajar bahasa Cina", katanya.

Ruang Angkasa

Di Cina tidak ada tujuan yang tampaknya terlalu besar bahkan langit pun tidak membatasi. Pada bulan Juni, badan antariksa Cina berencana untuk meluncurkan misi ruang angkasa untuk mengirimkan sebuah satelit yang akan memandu roket pada tahun 2019 ke sisi bulan yang jauh (gelap), membawa kendaraan pendarat robot. Tautan satelit sangat penting untuk menyampaikan data dari rover kembali ke Bumi. Ini semua adalah bagian dari kampanye yang bertujuan misi bulan berawak di tahun 2030an. Cina sudah dianggap sebagai pesaing serius dengan AS, Eropa dan Rusia untuk mendominasi di luar angkasa, meski sejauh ini telah menunjukkan antusiasme untuk berkolaborasi dengan Eropa. Ini telah meluncurkan 2 prototipe stasiun luar angkasa tak berawak dalam program Tiangong-nya, sebuah pendahuluan ke Tiangong-3 yang jika diluncurkan pada awal 2020-an akan mendukung awak 3 yang berpotensi termasuk astronot dari negara-negara anggota PBB lainnya.

Meskipun semangat ini tampak kolaboratif, ambisi luar angkasa Cina membangkitkan pelayaran marinim pelopor Cheng Ho di abad ke-15 yang oleh beberapa sejarawan saat ini dianggap sebagai cara untuk menegaskan "kekuatan lunak" dan peraturan surgawi dari kaisar Ming. Tidak seperti kapal "harta karun" Zheng He yang pernah ada di lautan sebelumnya mereka mengerdilkan kapal-kapal di mana orang Eropa menyukai Vasco da Gama menjelajahi dunia. Banyak yang sekarang bertanya-tanya apakah, dalam sains dan teknologi saat-saat itu kembali.